Aufbau, Funktionsweise und Eignung astronomischer Teleskope

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1 Aufbau, Funktionsweise und Eignung astronomischer Teleskope Teleskope sind Instrumente zur optischen Beobachtung. Sie bestehen entweder aus Linsen, Spiegeln oder einer Kombination daraus. Teleskope mit Linsenobjektiven heißen Refraktoren und die Spiegelteleskope nennt man Reflektoren. Betrachtet wird das im Teleskop gewonnene Bild immer durch ein Okular. Jedes Teleskop wirkt auf zweifache Weise: es sammelt Licht und erhöht die Auflösung gegenüber dem unbewaffneten Auge. Das Leistungsvermögen eines Teleskops wird durch die Größe seines Objektivdurchmesser bestimmt. Dabei steigt die Auflösung (Trennschärfe) linear mit dem Durchmesser an, während die lichtsammelnde Wirkung mit dem Quadrat des Durchmessers steigt. Dies bedeutet, daß eine verdoppelung des Durchmessers auch eine doppelt so hohe Trennschärfe ergibt, der Lichtgewinn aber um das vierfache ansteigt. Man kann den Durchmesser in Millimetern angeben, aber im astronomische Bereich hat sich die Größenangabe in Zoll (") durchgesetzt. Die Auflösung des Teleskops ist verantwortlich für das Erkennen von Strukturen und das Trennen von Doppelsternen. Die Lichtsammelwirkung hingegen zeigt dem Beobachter immer mehr lichtschwächere Himmelsobjekte. Für die astronomischen Beobachtungen ist daher gerade die lichtsammelnde Wirkung des Teleskops das eigentlich Wichtige. Wichtige Kennzahlen im Bereich der Teleskope sind der Objektiv- bzw. Hauptspiegeldurchmesser, das Öffnungsverhältnis und die Brennweite. Das Öffnungsverhältnis ergibt sich aus der Division Objektivdurchmesser durch Teleskopbrennweite, während die Vergrößerung mit Hilfe der Formel Teleskopbrennweite dividiert durch die Okularbrennweite ermittelt wird. Das Fernglas als Einsteigergerät Einerseits sehr gut geeignet für die ersten Gehversuche am Himmel, andererseits aber auch von erfahrenen Hobbyastronomen sehr geschätzt. Ein Fernglas zeigt dem Beobachter schon einen ganz neuen Himmel. Im Vergleich zum Auge sammeln Ferngläser eine ganze Menge mehr Licht. Ferngläser haben große Gesichtsfelder. Man sieht also immer ein relativ großes Stück des Himmels, was die Orientierung sehr erleichtert. Mit einem 10x50 kann man schon eine Menge Objekte aus dem Messier-Katalog betrachten. Aber auch die Beobachtung von Sternbedeckungen oder veränderlicher Sterne ist mit einem hochwertigen Fernglas ein Vergnügen. Als weitere Beobachtungsobjekte bieten sich helle Kometen an, besonders dann, wenn die feste Vergrößerung des verwendeten Fernglas die Darstellung des Kometenschweif möglich macht. Aber auch der Mond ist ein dankbares Fernglasobjekt. Allerdings braucht man dazu schon ein hochqualitatives Glas. Die preiswerten zeigen so viel Farbe am Mond, daß die Beobachtung nicht gerade ein Vergnügen ist. Gerade an der Lichtgrenze des Mondes lassen sich mit einem Fernglas durchaus markante Strukturen erfolgreich beobachten. Beispielsweise möchte ich an dieser Stelle Kopernikus oder Calvius als Einzelkrater benennen. Als Gebirgszug wäre in diesem Zusammenhang sicherlich das Kaukasusgebirge interessant. Ein weiterer Vorteil der Beobachtung mit einem Fernglas ist das duale, räumliche Sehen. Dadurch nimmt man wesentlich mehr feine Strukturen der Beobachtungsobjekte wahr. Ich beobachte am liebsten mit dem Zeiss Victory 10x56 BTP, dessen Qualität mich immer wieder begeistert, obwohl es mittlerweile schon in die Jahre gekommen ist. Das mache ich hier mal am Mond fest. Das Zeiss Victory zeigt absolut keine Farbe, die Darstellung läßt mühelos feine Strukturen erkennen und wirklich beeindruckend ist die sehr differenzierte Darstellung der verschiedenen Grautöne, die die Mondoberfläche mir zur Beobachtung anbietet. Für mich ist und bleibt es immer wieder ein ästhetischer Genuß, den Mond in dieser exzellenten Bildqualität zu genießen. Das geht natürlich nicht aus der freien Hand, das Fernglas muß dazu mit einem Halter auf einem Stativ montiert werden.

2 Linsenteleskop / Refraktor Linsenteleskope haben ein aus mehreren Linsen bestehendes Objektiv, welches das eintreffende Licht bricht und dann im Brennpunkt bündelt. Weißes Licht setzt sich ja bekanntlich aus dem Licht der verschiedensten Wellenlängen zusammen. Eine einzelne Linse hat also für jede Wellenlänge eine andere Brennweite. Dies nennt man chromatische Aberration. Sie verursacht eine unscharfe Abbildung und Farbsäume um helle Himmelsobjekte. Diese Fernrohre werden sehr schnell unhandlich, denn je größer der Objektivdurchmesser ist, desto länger muß der Tubus werden, wenn man den blauen Saum um helle Objekte zumindest minimieren will. Um die Farbfehler des klassischen Fraunhofer zu minimieren und um die Baulänge zu verkürzen, wurde dieser Teleskoptyp von der Astro-Industrie weiter entwickelt und so entstanden dann die Achromaten und Apochromaten. Achromatische Refraktoren besitzen ein zweilinsiges Objektiv aus Flint- und Kronglas. Die erste Linse hat nur die Aufgabe das einfallende Licht zu brechen. Die zweite Linse bricht das durch die erste Linse austretende Licht so, daß die verschiedenen Wellenlängen des Lichts so genau wie möglich in einem Brennpunkt vereint werden. Wer sich einen qualitativ wirklich hochwertigen Achromaten anschafft, der kann davon ausgehen, daß er nur noch im Bereich maximaler Vergrößerungen einen fast unmerklichen Farbfehler sehen wird. Zu dieser Klasse gehören auch die sogenannten Halbapos, meist als ED-APO bezeichnet. Sie sind zwischenzeitlich zu erschwinglichen Preisen zu erhalten und es gibt sie auch in erstaunlich guter Qualität. Apochromaten, meist nur APO genannt, beseitigen den beim Achromaten noch vorhanden kleinen Restfarbfehler so weit, daß er sich bei hochwertig verarbeiteten Geräten nicht mehr bemerkbar macht. Aufgrund der optimierten Farbreinheit genießt man im APO das schärfste und kontrastreichste Bild aller am Markt erhältlichen Teleskope. Derartig exzellente Refraktoren findet man nur im höchstpreisigen Marktsegment. Refraktoren sind besonders für die Beobachtung von Sonne, Mond, Planeten und Doppelsternen geeignet. Newton Teleskop Ein Teleskop dieser Bauart arbeitet mit zwei Spiegeln. Daraus ergibt sich eine sehr einfache Bauart, die preiswerte Instrumente erlaubt. Die Spiegel sind aus verschiedensten Trägermaterialien gearbeitet. Natürlich müssen die Spiegel sehr sorgfältig hergestellt sein, um möglichst keine Bildfehler zu verursachen. Mit einem Teleskop dieser Bauart kann man ausgesprochen preiswert große Objektivdurchmesser realisieren. Newtons erfreuen sich daher großer Beliebtheit bei den Amateurastronomen. Der Hauptspiegel eines solchen Gerätes liegt am Ende des Tubus und wirft das am Himmel eingesammelte Licht zurück auf den Fangspiegel, der mit dem Okular betrachtet wird. Der Fangspiegel liegt schräg im Tubus, damit er mit dem oben seitlich angebrachten Okularauszug, indem das Okular sitzt, betrachtet werden kann. Der Fangspiegel wird dabei von vier dünnen Streben im Tubus gehalten. Daraus ergibt sich, daß ein Teil des einfallenden Lichtes verlorengeht, und daß man an hellen Sternen 4 kleine Strahlen sieht. Fachlich richtig heißen diese Strahlen Spikes. Die Spiegel müssen von Zeit zu Zeit aufeinander angepasst werden. Dies nennt man justieren. Es gibt einige Hilfsmittel für diese Justage, so z. B. Justierlaser und Justierokular. Die Justierung ist zunächst mal gewöhnungsbedürftig und nicht so ganz problemlos, aber man kann das relativ schnell erlernen. Mit wachsender Erfahrung ist die Justage schnell, zuverlässig und problemlos zu erledigen. Newton Teleskope, insbesondere die schnellen und damit lichtstarken Modelle, eignen sich hervorragend für die Deep Sky Beobachtung. Aber man kann auch alle anderen Himmelsobjekte erfolgreich mit einem Newton beobachten. Für Planeten, Sonne und Mond sind die langsamen, nicht so lichtstarken Modelle besser geeignet.

3 Cassegrain-Reflektor Der Cassegrain-Reflektor sieht fast wie ein kurzer Refraktor aus, weil sich der Okularauszug wie bei einem Refraktor üblich, am hinteren Ende des Tubus befindet. Dennoch zählt dieser Teleskoptyp nicht zu den Refraktoren sondern zu den Reflektoren, also den Spiegelteleskopen. Ein derartiges Cassegrain-Teleskop besteht aus einem hyperbolisch geschliffenen Hauptspiegel und einem konvex-hyperbolischen Fangspiegel, der das vom Hauptspiegel kommende Licht wieder auf den Hauptspiegel zurück wirft. Durch eine Bohrung im Hauptspiegel tritt das Licht aus dem optischen Tubus aus. Durch diese Lichtführung wird die Gesamtbrennweite des Systems etwa drei mal verlängert. Also ist zu schlußfolgern, daß der Cassegrain-Reflektor eine sehr lange Brennweite bei sehr kompakter Bauweise realisiert. So kann man beispielsweise mm Brennweite in einem nur etwa 70 cm langen Tubus unterbringen. Allerdings erkauft man sich diesen Vorteil durch den Abbildungsfehler der Bildfeldwölbung, die eine zum Bildfeldrand hin zunehmenden Bildunschärfe verursacht. Durch den recht großen Fangspiegel hat dieser Teleskoptyp einen geringfügig schlechteren Kontrast als ein lichtschwächeres Newton Teleskop. Cassegrains eignen sich besonders für die Beobachtung vom Mond, der Sonne und der Planeten, wenn eine möglichst hohe Vergrößerung bei gleichzeitig langer Brennweite und optimaler Transportmöglichkeiten gewünscht ist. Schmidt-Cassegrain Teleskop Das Schmidt-Cassegrain Teleskop ist ein sehr kurzes und kompaktes Gerät. Es hat im Gegensatz zum offenen Tubus eines Newton Teleskop einen geschlossenen Tubus, weil an der Vorderseite des Tubus die Schmidtplatte sitzt, die den Tubus nach außen verschließt. Die Schmidtplatte korrigiert dabei die Fehler des Hauptspiegels. Dies hat den Vorteil, daß man fast nie justieren muß und die Spiegel sauber und staubfrei bleiben. Die Abbildungsqualität eines Schmidt- Cassegrain ist der eines Newtons gleicher Öffnung etwas überlegen, da der Schmidt-Cassegrain keine Fangspiegelstreben hat und deshalb auch keine Spikes zeigt. Der Nachteil ist aber eine wesentlich längere Auskühlzeit des Teleskops gegenüber dem Newton. Außerdem ist die Kontrastleistung geringer als beim Newton, weil die Abschottung des Hauptspiegels bauartbedingt größer ist als bei einem Newton. Sein Hauptvorteil ist die sehr kurze Bauweise, die das Teleskop sehr transportabel macht. Ein weiterer Vorteil ist sein kleines Gewicht in Verbindung mit einer kurzen Hebelwirkung auf die Montierung. Daher kann man auch kleinere und leichtere Montierungen verwenden. Scharf gestellt wird dieses System durch verschieben des Hauptspiegels. Es kommt bei nicht perfekter Mechanik oft zum so genannten Shifting. Dies bedeutet, daß bei einer Verschiebung des Bildfeldes ein Beobachtungsobjekt beim Wechsel der Fokusierrichtung aus dem Gesichtsfeld springt. Schmidt-Cassegrain Teleskope gelten als gute Allround- Instrumente für alle beobachtbaren Himmelsobjekte.

4 Maksutov-Cassegrain Teleskop Ein Maksutov-Cassegrain Teleskop, meist nur MAK oder Maksutov genannt, ist einem Schmidt-Cassegrain sehr ähnlich. An der Vorderseite des Tubus sitzt anstelle der Schmidtplatte eine Korrekturlinse, welche die Fehler des Hauptspiegels, der auf der Rückseite sitzt, ausgleicht. Diese Korrekturlinse schließt den Tubus ab und so ist dieses Teleskop ein geschlossenes System. Die Abbildungsqualität dieses Teleskoptyps ist der eines Newtons gleicher Öffnung etwas überlegen, weil der Maksutov-Cassegrain ja keine Fangspiegelstreben hat und daher auch keine Spikes zeigt. Man erkauft sich diesen Vorteil allerdings durch eine wesentlich längere Auskühlzeit. Das Shifting-Problem ist meistens wesentlich besser gelöst als bei den Schmidt-Cassegrain Teleskopen. Wegen ihrer hohen optischen Leistung in Verbindung mit einer kompakten Bauweise werden Spektive, Reiseteleskope und Spiegelteleobjektive häufig in Maksutov- Bauweise angeboten. Die weit verbreiteten Russentonnen sind beispielsweise Maksutovs. Dieser Teleskoptyp ist für die Deep Sky Beobachtung zwar nur die zweite Wahl, aber für Planeten- und Mondbeobachtung sind Maksutov-Cassegrain Teleskope sehr gut geeignet. Schmidt-Newton Teleskope Das Schmidt-Newton Teleskop ist eine Kombination aus Schmidt-Kamera und Newton Teleskop. Das einfallende Licht gelangt durch die vorne am Teleskop angebrachte asphärische Schmidt-Platte auf den Hauptspiegel. Der Hauptspiegel ist im Gegensatz zum Newton Teleskop allerdings sphärisch geschliffen und reflektiert das ins Teleskop eingetretene Licht auf einen um 45 Grad geneigten und eben ausgeführten Fangspiegel. Dieser lenkt, wie beim Newton, das Licht dann seitlich aus dem Teleskop aus. Dieser Teleskoptyp liefert ein sehr gut auskorrigiertes Bild bei einer Lichtstärke von zumeist um f/4. Schmidt-Newton Teleskope sind äußerst kompakt und von daher sehr gut mit den Cassegrains gleicher Öffnung zu vergleichen. Der relativ große Fangspiegel bedingt eine starke Abschattung des im Okular sichtbaren Bild. Schmidt- Newtons sind wegen ihrer hohen Bildschärfe vor allem für die Planetenbeobachtung zu empfehlen. Auch die Beobachtung von Sonne und Mond ist unter diesem Aspekt sehr gut möglich. Aufgrund der sehr hohen Lichtstärke dieser schnellen Systeme sind sie auch bei der Deep Sky Beobachtung sehr gut einsetzbar.

5 Maksutov-Newton Teleskop Maksutov-Newton Teleskope stellen eine Kombination zwischen einem Newton Teleskop und einem Maksotov Teleskop dar. Sie haben an der Vorderseite des Tubus eine genau geschliffene Korrektorlinse, die die Fehler des Hauptspiegels ausgleicht. Der Vorteil dieser Geräte ist die hohe Schärfeleistung auf der Achse trotz hoher Lichtstärken. Dies wird möglich durch die verwendeten sehr kleinen Fangspiegel. Maksutov-Newtons haben die volle Baulänge, sie sind also nicht so kompakt, wie Schmidt- oder Maksutov- Cassegrains. Der Nachteil ist das gegenüber einem normalen Newton höhere Gewicht und die ebenfalls verlängerte Auskühlzeit. Diese kann man jedoch durch Verwendung einer aktiven Belüftungseinrichtung in gewissem Umfang verkürzen. Es gibt Hersteller, die solche Belüftungen standardmäßig mitliefern. Die Optische Qualität der Maksutov-Newtons ist sehr gut, allerdings etwas schlechter als beim klassischen Maksutov. Der Koma-Fehler beträgt in der Regel nur 25% des Fehlers beim reinen Newton Teleskop. Die Abschattung durch den Fangspiegel ist im Vergleich zum klassischen Newton extrem gering. Dieser Teleskoptyp wird meistens mit einem Öffnungsverhältnis um die f/6 angeboten, was auch den Einsatz preiswerter Okulare möglich macht. Die Maksutov-Newton Teleskope sind aufgrund ihrer hervorragenden Abbildungsleistung auf der optischen Achse für die Mondund Planetenbeobachtung sehr gut geeignet. Grafiken (c) Christian Leu